我的名字叫“纯铁”
01
在铁碳合金中,当碳的含量小于等于0.0218%时,这种金属就是我,人们给我取了个大名叫做“纯铁”,洋名叫“Fe”。
人类什么时候发现我的,已无法考证了,在中国,最早开始冶铁的是周代的东夷族(生活在今天山东),从那时候开始,我就开始为中华民族服务了。
我是一个大家族,由数不清的Fe原子组成,遍布全球,我无处不在,用我做成的产品随时随地可见。我和人类相互依存,不离不弃,我刚出生就成了人类的终身伴侣。
02
我的状态与温度有着密切的关系:
固态时在显微镜下观察,我内部结构分为三种同素异构状态:912℃以下为体心立方晶体结构:称α-Fe(阿尔法铁);912~1394℃为面心立方晶体结构,称γ-Fe(卡玛铁);1394~1538℃(熔点),又呈体心立方晶体,称δ-Fe(伽马铁)。
温度大于1538℃,我就成了液体状态。
我由数不清的铁原子组成一个个晶体,少量的碳原子夹在这些铁原子中间。
碳原子是我的亲戚,他们的加入,使我的性能得到改善,提高我的强度。
我是铁碳合金中最柔软的金属,人们可以随意将我变成各种形状。
如果将碳原子加入到我的晶体里,当其含量超过0.0218%~2.11%时我就变成了碳钢,超过2.11%~6.67时我就变成了铸铁。
由于碳含量的增加,改变了我的晶体形状,熔点、冷热加工性能、用途及使用性能都发生了变化。
这还远远不够,人们为了达到某种特殊产品性能的需要,还要往里添加其它合金元素,让我变成各种合金钢,又会获得更加特殊的性能。
在我们当中,也夹杂着一些有害元素,例如少量的磷和硫,含量越高,危害越大,他们会增加我的脆性,提高我被氧化的速度,不利于加工,降低我被加工成成品以后的使用性能。因此这些有害元素越少越好。
03
氧原子是我的敌人。在室温状态下。我的表面无时不刻都受到空气里氧原子的侵犯,与我表面的铁原子形成三氧化二铁(Fe2O3),把我漂亮的黑色或亮亮的金属色服装变成了难看的红褐色,如果不进行处理,这种氧化会不断的深入,将我的“皮肤”一层层的剥掉。
氧原子又是我的朋友。只要把我放入表面处理的设备里,通过在某种化学材料中进行加热,加快氧原子与铁原子的氧化速度,使我的表面形成非常致密的四氧化三铁(Fe3O4),颜色一般呈黑色或蓝黑色,这层膜抵抗着自然环境中氧原子的侵犯,我就不会生锈了。人类把这种氧化处理过程叫做发黑或者发蓝。
我穿上这身漂亮的服装,接待顾客时赢得了人们的称赞。
然而,Fe3O4不能一劳永逸,时间长了,仍然抵抗不住氧原子的侵蚀,还会继续生锈,人们为此煞费苦心,研究出来许多延缓我生锈的技术。
例如经表面鍍铬、表面碳化钛涂敷等等表面处理后,我不仅不会再生锈,而且外观变得更加漂亮了。
如果我是在酸性较强的环境中工作,人们干脆在炼钢时加入18.0~20.0%的Cr(铬)和8.0~10.0%的 Ni(镍),使我摇身一变,成了整体都永远不会生锈的不绣钢。
其实不绣钢也会生锈,在氯化物(各种盐)较多的环境中工作就容易生锈,一旦生锈,将会一发不可收拾,生锈不光是在表面,氯离子会往里走,穿过一个个晶粒,时间长了还会穿透,最后导致产品报废。
聪明的人类将我放在密闭的容器里进行550℃左右加热,同时往里通入一定数量的氨气(NH3),进行氮化处理。
加热分解后,氮原子渗入我的表面,形成一层非常致密,硬度较高的薄膜(氮碳)化三铁--Fe3(C,N),能有效的抵抗各种盐的侵蚀。这时我的外衣就变成了银灰色,一样的漂亮。
04
我的用途非常的广泛,天上飞的、地下跑的、厨房里的餐具、小孩玩的玩具……
我不仅对人类的科学和文明的发展,不断的发挥自己的潜能,做出了巨大的贡献,而且对丰富人类的文化生活也有着不可代替的作用和惊人的表现。
我在艺术家手里,可以变成一幅幅美丽的铁画、壮观的雕塑。
我还经常走进艺术家们表演的舞台。我可以在艺术家的手里变成非常漂亮壮观的钢花,供人们欣赏,当我出现在舞台的时候,我发出的光芒映红了黑色的天空,红色的火花形成各种各样美丽的图案,一样的获得观众一阵阵热烈的掌声。
05
我做成的产品也有生命的极限,产品会报废,可我物质不灭,永远存在。
人类会把所有的废品收集起来,送到冶炼厂的高炉里重新冶炼,用不了多久,我又会被加工成一个个崭新的零件出现在人们的眼前,继续为人民服务。
我的名字叫“纯铁”,一直都在为人民服务的路上,永不停息!
2019年12月22日于长沙